「宇宙で最初の星と銀河」
いえ まさのり家 正則 （国立天文台・TMT推進室）

1) 技術の発展が支える天文学
すばる望遠鏡、補償光学、次世代望遠鏡TMT

2) 宇宙の夜明けに迫る
宇宙の歴史、ライマンα銀河、宇宙の夜明け「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

1

(1) ８ｍすばる望遠鏡
1999年完成 (準備に7年、建設に9年）
建設費400億円
無料内部見学(要予約）

国立天文台ハワイ観測所
2「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

視野が10倍(ハッブルの1000倍）
ハッブル宇宙望遠鏡

すばる主焦点カメラ
SuprimeCam

すばる超広視野カメラHSC

(2) 補償光学(視力が10倍）
AO188

すばる初期画像(1999)
解像度 0.6秒角
1”「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

188素子補償光学装置(2006) 0.06秒角
4人工星

ナトリウム層

どこでも補償光学を使えるようにするレーザーガイド星生成装置
送信望遠鏡
光ファイバー

レーザ光源

高さ90kmのナトリウム層(厚さ約10km）に波長589nmのレーザーを照射し、ナトリウムを発光させて、「人工のガイド星」を作る「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

5

「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

6

スターウォーズの世界？

T.Fuse 2009
「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

7

10年後の天文学を担う

次世代超大型望遠鏡
Thirty Meter Telescope (TMT)「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

8

(3) 次世代30ｍ超大型望遠鏡TMT

日本国立天文台、カリフォルニア大学、カリフォルニア工科大学
米国天文学大学連合、カナダ天文学大学連合、中国国家天文台、インドTMT連携機構「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

補償光学系、ドーム（カナダ）

副鏡（米国）

第３鏡（中国）分割主鏡（日本、米国、中国、インド）
観測装置（各パートナ）①望遠鏡の本体構造は日本の担当「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

10

TMT観測装置
IRMS

第一期装置
WFOS
(MOBIE)「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）
職員みんなの天文学レクチャー「ボケに利く天文学」、家正則、 2010.5.19

近赤外撮像分光装置 IRIS
補償光学系
取り付け部

装置回転機構カナダ
赤外波面センサー

日本

撮像系

真空容器
面分光系

アメリカ

ケーブル巻取り12「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

建設プラン国際協力科学事業
 建設総額： 約1500億円
 建設： 2014ー2021年（8年計画）
インド

分担案

中国

日本
（25%）

カナダ

米国

●すばると連携して北の宇宙を観測「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

13

応援メッセージもよろしく

ＴＭＴ計画に250M$を寄付した
Gordon Moore氏（Intel 会長）

皆さんも千円から寄付できます！
寄付者のリストを完成時に展示。
「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

14

望遠鏡の進化岡山188cm

８ｍすばる望遠鏡

集光力 13倍
解像力 3.6倍
効率感度180倍

限界24等(1987)＜赤方偏移２30ｍ望遠鏡TMT

限界28等(2000)＜赤方偏移７限界32等(2021)＜赤方偏移17？
15

TMTの威力：
大集光力と高解像度

ハッブル望遠鏡の分解能

TMT30ｍAO付き

TMTの解像度＝すばるの4倍
TMT の感度＝すばるの14倍~200倍

解像度 3.7倍に集光力 13倍に回折限界での効率 ~ 口径416

TMTの科学目標②ダークエネルギーの性質の解明
10年後の宇宙膨張する宇宙
現在の宇宙

１０年間の距離の変化を測定

ビッグバン「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

17

17

３つの暗黒問題

・暗黒物質(未知の素粒子?)
・暗黒エネルギー(真空のエネルギー?)・暗黒時代(初代銀河、宇宙再電離)「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

18

TMTの科学目標③ 宇宙暗黒時代の夜明けを見る「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

宇宙考古学： 宇宙の歴史を観測でひもとく•

誰も見たことのない暗黒時代
再電離期

すばるで見たTMTでその先を見る！

「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

20

赤方偏移 ｚ ==波長増加率

・宇宙の膨脹の目安
赤方偏移 ｚ では宇宙の大きさは・遠くを見ることは昔を見ること！
イベント
宇宙晴れ上がり（宇宙背景放射)
最初の星誕生 （再電離開始）
宇宙の夜明け （再電離完了）
地球の誕生
現在

赤方偏移 ビッグバン後1000 0.0038億年
203億年
610億年
0.45
91億年
0137億年「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

ライマンα銀河を探せ
Partridge・Peebles （1967）の提案 ＝＞ 失敗の連続

宇宙で一番多い
原子は水素原子

水素原子が出す
一番強い光はライマン
アルファ線という紫外線の光（波長1215A)「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

22

世界で1枚： 専用フィルターを製作
赤外線しか通さないので真っ黒に見える

高層大気の分子発光「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

露出時間：15時間

41，533個の中から１つだけ見つけた「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

24

129億年昔、最遠方銀河「IOK-1」の発見
フィルター

ｚ＝６．９６４

128．8億年前

発見者：家、太田、柏川の頭文字で IOK-1と命名

水素原子の光： ライマンα輝線「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

25

遠方銀河のギネス記録

赤方偏移 6.6 ではたくさん見つかったが、赤方偏移 7.0 では一つだけ「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

26

人類が見た最遠銀河の記録更新の歩み
１３０

クェーサー
銀河(電波）
銀河(光）

８m望遠鏡の出現

１２９ 億年
１２７

１２５
１２１CCDの出現

2012

４m望遠鏡の出現
最遠銀河（家ほか2006)

１１５
１０３
７７０

「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

27

最遠銀河ベストテン (2012年10月8日）

すばるは引き続きこの分野でのトップランナー「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

28

赤方偏移７(129億年前）以上で急にライマンアルファ銀河が見えなくなるのは宇宙再電離が完了前の時代に踏み込んだため恒星からの紫外線連続光は水素雲を通過＝＞ 紫外線連続光では暗くならない

水素雲からライマンα線は中性水素雲で散乱＝＞ ライマンα線では見えなくなる「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

29

宇宙再電離はいつ終了したか？
すばるの成果●

中性水素の割合

z=7.3で80%以下
Z=7.0で60%以下

クェーサー
銀河
ガンマ線天体宇宙背景放射

Z=6.6で40%以下

クェーサーのライマンα吸収線
再電離時代



赤方偏移
30

「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

暗黒時代

１２９億年＝４０億秒の１億倍＝４０，００００，００００，００００, ００００秒

光子（こうし）

１２９億年も旅してきた光が最後の 最後の０．００１秒
一瞬に乱されて像がぼけてしまう。

「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

まとめ• すばる望遠鏡の進化 視野ハッブルの1000倍• 補償光学で視力も10倍に進化＝＞ 究極の30m望遠鏡TMT計画• 宇宙の歴史を見る• ライマンα銀河研究で日本が活躍• 最初の星や銀河の輝く始めた時代を見る「宇宙で最初の星と銀河」、2012/10/8、一橋講堂、家正則(国立天文台）

32